Просмотр исходного текста страницы Беспроводные распределённые сенсорные сети

'''Распределенные сенсорные сети'''

[[Изображение: Устройство.jpg|thumb|350px|Датчики и принимаемое устройство]]

== Что такое беспроводные сенсорные сети? ==
[[Изображение:2.jpg|thumb|Датчики и принимаемое устройство]]

Беспроводные сенсорные сети строятся из узлов, называемых ''моты'' (''mote'') — небольших автономных устройств с питанием от батарей и микрочипами с радиосвязью на частоте — например 2,4 ГГц. Специальное программное обеспечение позволяет мотам само организовываться в распределенные сети, связываться друг с другом, опрашивать и обмениваться данными с ближайшими узлами, расстояние до которых обычно не превышает 100 метров.

В англоязычной литературе такую сеть называют '''wireless sensor network''' (WSN) — это беспроводная сеть состоящая из территориально распределенных автономных устройств, использующих датчики для совместного контроля физических или экологических условий в разных районах.

Они могут измерять такие параметры, как температуры, звук, вибрации, давление, движение объектов или воздуха. Развитие беспроводных сенсорных сетей изначально было мотивированно военными задачами, например наблюдением за полем боя. В настоящее время беспроводные сенсорные сети используются все шире во многих областях гражданской жизнедеятельности, включая промышленный мониторинг и мониторинг окружающей среды, здравоохранение и контроль движения объектов. Область применения становится все шире.

== Основные принципы работы ==
[[Изображение:456.jpg |thumb| 3-х уровневая схема сети.
1-й Уровень сенсоров и шлюза.
2-й уровень сервера.
3-й уровень тонкого клиента]]

Каждый узел сети: '''мот''' оснащен радиотрансивером или другим устройством беспроводной связи, небольшим микроконтроллером и источником энергии, обычно батареей. Возможно использование батарей солнечного освещения или других альтернативных источников энергии

Данные от отдаленных элементов передаются по сети между ближайшими от узла к узлу, по радиоканалу. В итоге с ближайшего мота пакет с данными передается на шлюз. Шлюз соединен, как правило, USB кабелем с сервером. На сервере — собранные данные обрабатываются, хранятся и могут быть доступны через WEB оболочку широкому числу пользователей.

Стоимость сенсорного узла меняется от сотни долларов до нескольких центов, в зависимости от размера сенсорной сети и ее сложности.

== Аппаратное обеспечение и стандарты ==
[[Изображение:3.jpg|thumb|350px| Шлюз (2шт), соединен с ноутбуком кабелем USB. Ноутбук по UTP соединен с интернетом и выполняет роль сервера]]
[[Изображение:4.jpg|thumb|350px|Сенсорные устройства с радио антенной]]

Аппаратное обеспечение беспроводного узла и протоколы сетевого взаимодействия между узлами оптимизированы по энергопотреблению для обеспечения длительного срока эксплуатации системы при автономных источниках питания. В зависимости от режима работы время жизни узла может достигать нескольких лет.


Ряд стандартов в настоящее время либо ратифицирован или находятся в стадии разработки для беспроводных сенсорных сетей. [[ZigBee]] является стандартом, предназначенным для использования таких вещей, как промышленный контроль, встроенное зондирование, сбора медицинских данных, автоматизации зданий. Развитию Zigbee способствует большой консорциум индустриальных компаний.

* WirelessHART является продолжением HART протокол для промышленной автоматизации. WirelessHART был добавлен в общей HART протокол как часть спецификации HART 7, который был утвержден фонд HART коммуникации в июне 2007 года.
* 6lowpan является заявленным стандартом для сетевой слоя, но он не была принят еще.
* ISA100 это еще одна работа в попытке войти в WSN технологию, но построено более широко включить обратную связь контроль в своей сфере. Внедрение ISA100 на основе ANSI стандартов планируется завершить к концу года 2008 года.

WirelessHART, ISA100, ZigBee, и все они основаны на тех же стандарт: IEEE 802.15.4 — 2005.

== Программное обеспечение беспроводной сенсорной сети ==

=== Операционная система ===
Операционные системы для беспроводных сенсорных сетей менее сложны, чем универсальные операционные системы в силу ограниченности ресурсов в аппаратном обеспечении сенсорной сети. Из — за этого, операционной системе не нужно включать поддержку пользовательских интерфейсов.

Оборудование беспроводных сенсорных сетей не отличается о т традиционных встраиваемых систем, и поэтому для сенсорных сетей можно использовать встроенную операционную систему

[[TinyOS]] — первая операционная система, специально предназначенная для беспроводных сенсорных сетей. В отличие от большинства других операционных систем, TinyOS основана на программировании.

TinyOS и программы для TinyOS написаны на специальном языке программирования nec C, который является расширением языка [[Си (язык программирования)|Си]].

=== Прикладные программы для визуализации ===
[[Изображение:457.png|thumb| Программа визуализации результатов измерений и генерации отчетов MoteView v1.1]]

Данные с беспроводных сенсорных сетей, как правило, сохраняются в виде цифровых данных в центральной базовой станции. Есть много стандартных программ, таких как TosGUI MonSense, ГНС, облегчающих просмотр этих больших объемов данных. Кроме того, Открытый консорциум (OGC) указывает стандарты для совместимости и взаимодействия метаданных кодировки, что позволит в режиме реального времени любому лицу осуществлять наблюдение или контроль за беспроводной сенсорной сетью через Web Browser.

Для работы с данными, поступающими от узлов беспроводной сенсорной сети, используются программы, облегчающие просмотр и оценку данных.
Одной из таких программ является [[MoteView]]. Эта программа позволяет просматривать данные в реальном времени и анализировать их, строить всевозможные графики, выдавать отчеты в различных разрезах.

== Преимущества использования ==

* Отсутствие необходимости в прокладке кабелей для электропитания и передачи данных;
* Низкая стоимость комплектующих, монтажа, пуско-наладки и технического обслуживания системы;
* Быстрота и упрощенность развертывания сети;
* Надежность и отказоустойчивость всей системы в целом при выходе из строя отдельных узлов или компонентов;
* Возможность внедрения и модификации сети на любом объекте без вмешательства в процесс функционирования самого объектах
* Возможность быстрого и при необходимости скрытного монтажа всей системы в целом.

Каждый сенсор размером с пивную крышку (но в будущем их размеры можно будет уменьшить в сотни раз) содержит процессор, память и радиопередатчик. Такие крышки можно разбросать на любой территории, а они сами наладят связь между собой, сформируют единую беспроводную сеть и начнут передавать данные на ближайший компьютер.

Объединенные в беспроводную сеть, сенсоры могут отслеживать параметры окружающей среды: движение, свет, температуру, давление, влажность и т. д. Мониторинг может осуществляться на очень большой территории, потому что сенсоры передают информацию по цепочке от соседа к соседу. Технология позволяет им годами (даже десятилетиями) работать без смены батарей.
Сенсорные сети это универсальные органы чувств для компьютера, и все физические объекты в мире, оборудованные сенсорами, могут быть распознаны компьютером. В перспективе каждый из миллиардов сенсоров получит IP-адрес, и они даже могут сформировать нечто вроде Глобальной сенсорной сети.
Возможности сенсорных сетей заинтересовали пока только военных и промышленность. Согласно последнему отчету компании ON World, которая специализируется на исследовании рынка сенсорных сетей, в этом году рынок переживает заметный подъем. Еще одним заметным событием в этом году стал выпуск первой в мире системы ZigBee на одной микросхеме (производства Ember).
Среди крупных промышленных компаний США, среди которых был проведен опрос ON World, около 29 % уже используют сенсорные сети, а еще 40 % планируют развернуть их в течение 18 месяцев. В Америке появилось более сотни коммерческих фирм, которые занимаются созданием и обслуживанием сенсорных сетей.

К концу нынешнего года количество сенсоров на планете превысит 1 млн. Сейчас растет не только количество сетей, но и их размер. Впервые созданы и успешно эксплуатируются несколько сетей из более чем 1000 нодов, в том числе одна на 25 тысяч нодов.

Источник: Веб ПЛАНЕТА

== Область применений ==
Применение WSN многочисленно и разнообразно. Они используются в коммерческих и промышленных системах для мониторинга данных, которые трудно или дорого контролировать с использованием проводных датчиков. WSN могут использоваться в трудно досягаемых районах, где они могут оставаться в течение многих лет (экологический мониторинг окружающей среды) без необходимости замены источников питания. Они могут контролировать действия нарушителей охраняемого объекта

Так же WSN используют для мониторинга, отслеживания и контроля. Вот некоторые приложения:

* Мониторинг задымленности и обнаружение очагов возгорания с больших лесных массивов и торфяников
* Дополнительный источник информации для Кризисных Центров Управления субъектов федерации РФ
* Сейсмическое обнаружение потенциальной напряженности
* Военные наблюдения
* Акустическое обнаружение движения объекта в охранных системах.
* Экологический мониторинг пространства и окружающей среды
* Мониторинг промышленных процессов, использование в MES системах
* Медицинский мониторинг


=== Автоматизация зданий: ===
{| border = 1
| [[Изображение:Монитринг температуры .jpg ]]
| мониторинг температуры, расхода воздуха, присутствия людей и управление оборудованием для поддержания микроклимата;
|-
| [[Изображение:Управление освещением.jpg]]
| управление освещением;
|-
| [[Изображение:Управление энергоснабжением.jpg]]
| управление энергоснабжением;
|-
| [[Изображение:Сбор показаний квартирных счетчиков газа, воды, электроэнергии и т.д.jpg]]
| сбор показаний квартирных счетчиков газа, воды, электроэнергии и т. д.;
|-
| [[Изображение:Охранно-пожарная сигнализация.jpg]]
| охранно-пожарная сигнализация;
|-
| [[Изображение:Мониторинг строительства.jpg]]
| мониторинг состояния несущих конструкций зданий и сооружений.
|}

=== Промышленная автоматизация: ===
{| border = 1
|[[Файл:РСС применение 1.jpg]]
|дистанционный контроль и диагностика промышленного оборудования;
|-
|[[Изображение:Техническое обслуживание оборудования по текущему состоянию (прогнозирование запаса надежности); -.jpg]]
|техническое обслуживание оборудования по текущему состоянию (прогнозирование запаса надежности);
|-
|[[Изображение:Мониторинг производственных процессов; -.jpg]]
|мониторинг производственных процессов;
|}

=== Мониторинг окружающей среды: ===

* мониторинг загрязнений;
* [[сельское хозяйство]].
* [[здравоохранение]]:
* мониторинг физиологического состояния пациентов;
* контроль местоположения и оповещение медицинского персонала.
* сбор показаний квартирных счетчиков газа, воды, электроэнергии и т. д.;


=== Организации, заказчики: ===

* '''МЧС''', [[безопасность]]:
** пожарная, охранная сигнализация;
** помощь в проведении спасательных операций (поиск людей в завалах);
** экологический мониторинг среды и помещений;
** мониторинг водных ресурсов
* '''Мин''' [[оборон |Обороны]]:
** средства оперативной связи и разведки;
* '''Министерство внутренних дел''':
** контроль за перемещением людей и техники;
** контроль периметра и удаленное наблюдение;
** мониторинг имущества и ценностей;
* '''Гос учреждния'''
** контроль перемещения муниципального транспорта
* '''РосАтом'''
** контроль радиационно опасных объектов
* '''Промышленные предприятия'''
** промышленный мониторинг технологических линий и установок;
* '''Министерство Здравохранения''':
** Контроль состояния послеоперационного состояния пациентов;
** Тревожная кнопка;

== См. также ==
* [[Беспроводные сенсорные сети]]
* [[Компании предлагающие решения на основе WSN технологий]]
* [http://wiki.laser.ru/portal/index.php/Temper Расчет] температурных полей с использованием РСС на СПО

== Ссылки ==
* [[:ru:Беспроводная сенсорная сеть|Беспроводная сенсорная сеть // Википедия]]

[[Категория:Компьютерные сети]]
[[Категория:WSN]]

[[en:Wireless sensor network]]